Exoplanetes. Buscant semblances en l'espai

2011/09/01 Lakar Iraizoz, Oihane - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astrofisika
• Astronautika

Kepler-11 és un dels grans descobriments del telescopi Kepler, un sistema d'almenys sis planetes que gira al voltant d'una estrella similar al Sol. Ed. : NASA/Tim Pyle.

Es diu exoplaneta als planetes extrasolars i, com diu l'astrofísic Enric Pallé de l'Institut Canari d'Astrofísica, "en aquest moment, tots els dies es troben nous exoplanetes, no em sorprendria si dins de cinc anys coneguéssim 20-25 mil exoplanetes".

La majoria dels exoplanetes que es coneixen, i que es coneixeran a partir d'ara, són gegants gasosos com Júpiter i Saturn, "perquè, si no, es detecten més fàcilment --explica Pallék--, de fet, els dos terços dels planetes que coneixerem seran d'aquesta mena de gegants".

Per a Rafael Bachiller, director de l'Observatori Nacional d'Astronomia, "no és d'estranyar que els primers que s'identifiquen siguin els planetes més grans. És més, tenint en compte que no s'identifiquen per observació directa, sinó per les pertorbacions que afecten la seva pròpia estrella". És a dir, si en mirar a una determinada estrella es mesuren incidències en la seva òrbita o en la seva lluminositat, s'interpreta que té algun planeta al voltant.

De fet, si una estrella té al seu voltant un planeta, la seva força de gravetat pot atreure a l'estrella i desviar-la una mica de l'òrbita normal. De la mateixa manera, si un planeta passa a l'altura de la seva estrella, aquesta donarà una menor lluminositat a causa del petit eclipsi provocat pel planeta, conegut en astronomia com el trànsit. Per tant, com més gran sigui un planeta i més a prop estigui de la seva estrella, més evident serà la seva influència en ella.

Kepler, cercador específic de planetes

En 2009 la NASA va posar en òrbita el telescopi Kepler i no li va assignar més treball que buscar exoplanetes. Kepler observa els trànsits i mira tot el temps a la zona on es troben les constel·lacions de Lyra i Cygnus. D'aquesta manera, analitza constantment a més de 100.000 estrelles, si en alguna ocasió detecta alguna anomalia en la seva lluminositat. El telescopi disposa d'un fotòmetre de gairebé un metre que li permet detectar canvis de lluminositat amb una resolució de 1/10.000. Per exemple, seria capaç de detectar la caiguda de llum en la llum que emeten 10.000 bombetes si una d'elles s'apagués.

Un planeta gegant de gas (l'hot Júpiter) que gira entorn de la seva estrella durant deu hores. Ed. : NASA, AQUESTA, A. Schaller (SISCI).

Kepler no ha estat l'única missió que ha trobat planetes fora del sistema solar. Altres missions i projectes han permès trobar els exoplanetes coneguts fins al moment, com AFOE, CoRoT, AXA i Spitzer. A diferència de Kepler, també realitzen mesuraments i observacions per a altres finalitats. Es tracta d'una missió que ha requerit grans inversions i en la qual circulen dispositius de gran capacitat. Per tant, "no és viable que un telescopi de vuit metres amb un cost de milions d'euros, per exemple, es refereixi únicament a una petita zona de l'espai", explica Pallé.

Per a ell, Kepler és, per la seva dedicació, "la missió que més informació està donant sobre els exoplanetes". De fet, va trobar 1.325 planetaris en el primer quadrimestre en el qual va treballar. De moment, la majoria són només planetaris, ja que no han pogut confirmar la disminució de lluminositat mesurada per Kepler que realment ha estat provocada per algun planeta o un altre fenomen. No obstant això, els experts preveuen que aproximadament el 90% dels planetes seran autèntics.

Encara que l'objectiu de Kepler és buscar tots els planetes de la zona, la NASA té un repte especial amb aquest projecte: Cerca especialment planetes semblants a la Terra i, en la mesura que sigui possible, que es trobin a una distància adequada de l'estrella per a ser vius (és a dir, que en cas de tenir aigua, puguin tenir aquest aigua en estat líquid). De fet, els experts en general afirmen que l'objectiu últim de totes les recerques relacionades amb els exoplanetes és aclarir mitjançant mètodes científics si estem sols o no en l'univers. I, per a Enric Pallé, "la nostra serà la primera generació amb eines per a respondre a aquesta pregunta". Paral·lelament, volen comparar el nostre planeta amb el nostre sistema solar i veure si són fenòmens estranys o molt comuns en l'univers.

Quan van posar en marxa la missió Kepler, els investigadors van pensar que la millor manera de trobar planetes semblants a la Terra seria mirar estrelles similars al Sol. No obstant això, "una de les grans sorpreses que hem tingut en l'estudi dels planetes fora del sistema solar ha estat comprovar que poden estar al voltant d'estrelles de tota mena, siguin joves o antigues, petites o grans, de gran o menor lluminositat…", explica l'astrònom Batxiller.

No sols han tingut sorpreses en els tipus d'estrelles que tenen els planetes, sinó que ja han trobat diversos sistemes planetaris, és a dir, estrelles amb diversos planetes al voltant, que també han vist que són diferents al nostre sistema solar: "En el nostre sistema tenim vuit planetes, quatre de roca prop de l'estrella i altres quatre allunyats, dos d'ells gegants gasosos. Perquè en els sistemes oposats per Kepler hi ha de tot: a vegades els gegants gasosos estan més prop de l'estrella, a vegades tots els planetes estan agrupats al voltant d'ella, a vegades més dispersos que els nostres, etc.", explica Pallé.

El descobriment dels planetes ha suposat a vegades la revisió de les teories sobre la formació dels planetes. Pallé dóna un exemple: "Fins que s'han trobat, es pensava que no era possible que els planetes de la grandària de Júpiter estiguessin prop de la seva estrella. Perquè han trobat un planeta gegant gasós prop de la seva estrella, a menys distància del Sol a Mercuri. Llavors van haver de revisar les teories sobre la formació dels planetes i ara està vigent una altra teoria, la de les migracions. Es creu que els gegants gasosos es van formar en realitat més lluny, però les pertorbacions en l'evolució han fet que s'hagin aproximat a l'estrella. Si en el camí hagués trobat algun planeta de roca més petit, l'hauria fet, per la qual cosa es creu que si prop d'una estrella hi ha un planeta gegant gasós (coneguts com hot Jupiter), no hi haurà planeta de roca en la zona on pugui haver-hi vida".

Imatge artística del satèl·lit Kepler. Ed. : Missió NASA/Kepler/Wendy Stenzel.

No obstant això, Pallé creu que "encara hi ha molt d'espai per a trobar sorpreses; l'exploració dels exoplanetes no ha fet més que començar. Ara el que estem veient és només l'extrem de l'izeberg".

Buscant indicis de vida de cara a les atmosferes

Identificar els planetes no és suficient per a astrònoms i astrofísics. El coneixement de com són aquests planetes es considera fonamental. I per a això és imprescindible mirar directament als planetes. Aquesta caracterització dels planetes inclou també la clarificació de la presència d'éssers vius. "Per a això mirem les atmosferes dels planetes", diu Pallé. De fet, si hi ha éssers vius en un determinat planeta, l'atmosfera tindrà les seves petjades, per la qual cosa el coneixement de la composició de les atmosferes és considerat com una forma de cerca d'éssers vius.

No obstant això, en dirigir els telescopis cap a estrelles allunyades de nosaltres, la llum de les estrelles cega i no és capaç de veure planetes pròxims. Els científics tenen dues maneres de solucionar aquest problema. Una, cobrir la llum de l'estrella mitjançant mètodes experimentals que permetin detectar la llum reflectida pels planetes, i una altra, esperar que el planeta passi abans de l'estrella i llavors veure la llum que travessa l'atmosfera del planeta.

Si un planeta és de roca, en passar per davant de l'estrella es veurà un planeta opac, però la seva atmosfera deixarà passar la llum de l'estrella. Com els gasos de l'atmosfera absorbeixen part de la llum de l'estrella, analitzant l'espectre de la llum que deixen passar es pot conèixer la seva composició. "Així podem veure, per exemple, si en les atmosferes hi ha sodi, potassi, metà, etc.", descriu Pallé.

No obstant això, aquests estudis atmosfèrics no poden realitzar-se a través de les missions en òrbita. Segons ha explicat Pallé, "només es poden fer des de la Terra, perquè per a això es necessiten espectrògrafs, i ara en l'espai només hi ha comptadors de fotons. Estaran més endavant, i llavors obtindrem millors resultats de les observacions realitzades des de l'espai. En definitiva, la relació entre els objectius que es pretenen aconseguir i la inversió que es realitza per a això determina i delimita quins resultats es poden obtenir".

Gran Telescopi de Canàries (GTC). De moment, algunes recerques sobre exoplanetes només es poden realitzar des de la Terra. Ed. : Pablo Bonet/Instituto d'Astrofísica de Canàries.

Així, quan es vol trobar molts planetes, "l'ideal és anar a l'espai, ja que els canvis de lluminositat es poden detectar amb molta més precisió, ja que s'elimina la distorsió que l'atmosfera pot causar --diu Pallék--. No obstant això, si l'objectiu és caracteritzar els planetes, recorrem a planetes pròxims a estrelles molt pròximes a nosaltres. D'aquesta manera, ens arriba molta llum d'ells, la qual cosa facilita l'anàlisi de les atmosferes".

Un futur pròsper per davant

Tenint en compte la velocitat a la qual s'estan produint els avanços, Pallé creu que hi haurà grans avanços en un futur pròxim relacionats amb els exoplanetes: "Espero que en el període de 2-5 anys es trobi almenys un planeta que pugui tenir vida. És a dir, prou petit com per a ser de roca i que es trobi a una distància adequada de l'estrella. Després, en mirar, pot ser una bola d'acer o de diamant o, per exemple, un planeta com Mart".

Aquest últim pas, caracteritzar els planetes d'aquesta grandària, “serem capaces de donar durant dues o tres dècades. Aquest és, al meu entendre, el principal titular: Durant dues o tres dècades serem capaces de trobar vida en el nostre entorn pròxim. Sempre que hi hagi vida".

Planetes errants, no el planeta ni les estrelles

La majoria dels planetes coneguts fora del sistema solar són planetes que giren al voltant d'altres estrelles. Últimament, no obstant això, els astrònoms estan descobrint planetes que circulen lliurement per l'espai. En la revista Nature, per exemple, un grup d'investigadors de la Universitat Osaka del Japó dóna a conèixer 10 planetes errants d'aquest tipus.

L'Institut d'Astrofísica de Canàries també analitza els planetes errants: "El nostre equip de recerca està treballant en l'observació i caracterització d'aquests objectes que estan en l'espai sense rumb", explica l'astrofísic Enric Pallé. No obstant això, en lloc dels planetes errants, en l'Institut es diuen objectes de la massa planetària.

(Foto: NASA/JPL-CALTECH/R. Ena)

I és que els experts encara no saben si aquests objectes que no giren al voltant d'una estrella són realment planetes. Com diu Pallé, "el major dubte que hi ha sobre aquests cossos és com s'han creat". Els experts veuen dues opcions possibles. Una és crear els planetes tal com es creen, és a dir, crear al voltant d'una estrella i, després, acabar fora del sistema de l'estrella com a conseqüència de la interacció estrella i el planeta. L'altra opció és crear les estrelles tal com es formen, és a dir, quan es condensa un petit núvol de gas.

Encara que siguin com a estrelles, en ser objectes de petita massa, no són capaces de provocar reaccions nuclears dins d'elles, per la qual cosa no poden ser considerades estrelles. El nom de planeta tampoc és del tot legítim per part dels experts, ja que "normalment es diu planeta als cossos creats en el disc que envolta a una estrella i que giren al voltant d'ella", explica Pallé.

La recerca d'aquests objectes, lògicament, no té per objecte buscar éssers vius fora de la Terra. Diu Pallé: "Ens ajudaran a comprendre millor l'origen dels planetes. Els models que generarem de les observacions realitzades ens diran com es produeixen, amb quina freqüència i on podem trobar els planetes, si podem esperar que ens trobem amb un planeta rocós al voltant d'aquestes estrelles, etc.".